尺度推绎研究中的几点基本问题

尺度推绎作为将一个尺度上的信息推绎到另一个尺度上的过程,具有尺度依赖性、模型非线性和研究的复杂性等特征,其理论基础主要有等级理论、分形理论等,其研究的关键问题表现为尺度选择与信息提取问题、尺度域与特征尺度问题、模型问题等方面。针对相邻尺度推绎和跨尺度推绎两种情况,还介绍了不同情况下尺度推绎研究的基本思路。尺度推绎作为现代地学、生态学等学科研究的重要问题之一,其发展需要多学科的交流和理论与技术的创新。     

基于GIS和RS技术的北京市功能区产流风险分析

城市化进程加大了城市区域暴雨洪水灾害发生的风险,定量研究城市降雨产流特征,可以为城区的科学规划和管理提供科学依据。以北京市五环内地区为研究对象,利用GIS和RS技术提取了五环内的土地覆被信息,并结合不同地区用途进行了功能分区。在此基础上,结合SCS-CN水文模型分析了研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征,并定量识别了北京市五环区域内的产流风险区。结果表明:在不同重现期降雨下,五环内地区不同等级产流风险区分布格局差异明显。高产流风险区占全区的面积由重现期1 a的18.90%增加到重现期100 a的54.74%;由于不透水面比率不同,不同功能区的产流特征也存在显著差异,其中商业用地区产流风险最高,平均产流量为24.76mm(重现期1 a),天然绿地区产流量最低,均值为7.36mm(重现期1 a);随着降雨重现期的增加,各功能区之间的产流量存在趋同效应;五环内产流风险格局呈现出中心高、四周低的环状分布特征,高产流风险聚集区大多分布在城市中心的商业和居住区,低产流风险聚集区主要为大型公园和天然绿地,分布在四环与五环之间。城市防涝规划工作应该充分考虑城市产流风险聚集区分布以及不同功能区的降雨产流风险特征,分层统筹,科学拟定规划方案,同时还要充分利用城市自身的"生态"优势,多角度解决城市暴雨洪水问题。     

黄土丘陵小流域土壤水分的时空变异特征--半变异函数

结合地理信息系统（ＧＩＳ）,利用地统计学方法研究了黄土丘陵沟ｈｅ区小流域土壤水分的空间结构特征及其季节变化规律。结果表明：土壤水分具有较高的分维数,表现出强烈和中等程度的空间自相关。①对平均土壤水分来说,其台值降低;而在极端干旱条件,土壤含水量接近凋萎系数,土壤水分的基台值高;温润季节,基台值降低;而在极端干旱条件下,土壤含水量接近萎系数,土壤水分变异程度降低。变程的季节变化在干旱季节数值高,湿润     

于桥水库流域地表水非点源N时空变化特征

在野外水样监测（1999年5月－2000年10月）和土地利用调查的基础上，利用遥感影像和数字化地形图，运用GIS的空间分析和图形叠置功能，研究于桥水库域地表水非点源N的时空变化特征。结果表明，在时间上，NH4^ －N的峰值出现在枯水期，而NO3^-N的峰值出现在丰水期；在空间上，NH4^ －N含量在中部平原区最高，南部丘陵和北部山区居其次，NO3^-N含量的变化则不具有明显的规律性。NH4^ －N和NO3^-不同的时空分布特征与它们的化学性质及流域内土地利用格局有关。     

特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应解析的理论框架及技术路径

特大城市群地区是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区,担当着世界经济重心转移承载地的历史重任,但在发展过程中面临着日益严重的资源与生态环境的胁迫压力。开展特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的研究,是未来10 年地球系统科学研究的前沿领域和高优先研究主题。本文系统解析了特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的基本理论框架。首先从理论上分析了特大城市群系统各自然要素和人文要素交互作用的非线性耦合关系及耦合特征,科学辨识近远程主控要素作用下城市群系统内外部各要素相互作用的胁迫强度、近远程耦合机理与规律,总结特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合圈理论,进一步构建多要素—多尺度—多情景—多模块—多智能体集成的时空耦合动力学模型,研发特大城市群地区可持续发展优化智能调控决策支持系统;其次从方法上将特大城市群地区视为一个开放的复杂巨系统,在建立同一标准化共享数据库的基础上,采用多要素—多目标—多模型—多情景环境下的城镇化与生态环境交互耦合集成技术方法、大数据支持下的城镇化与生态环境交互耦合技术方法,构建多尺度—多技术—多智能体集成的城镇化与生态环境交互耦合技术框架,按照分析时空演变特征—寻求主控要素—辨识耦合关系—揭示胁迫机制—发现耦合规律—筛选调控变量—求解临界阈值—进行调控试验—完成情景模拟—提出优化方案—完成情景模拟—提出优化方案—实现国家目标这样一条技术路径,提出解 决问题的整体优化方案。本文旨在为特大城市群地区由问题集中区转为可持续发展区提供理论指导和方法支撑。     

土地利用变化的地形梯度特征与空间扩展——以北京市海淀区和延庆县为例

选择北京市海淀区、延庆县作为研究区,利用1992年、2002年遥感影像数据,借用地形位梯度指数,研究了土地利用变化的地形梯度特征及其空间扩展形势。研究表明:(1)海淀区建设用地受到经济和社会发展驱动明显,表现出既向低地形梯度位也向高地形梯度位扩展;但农业用地、果园因建设用地扩展受到挤压,表现为向更高地形位扩展态势;林地在高地形位得到了明显恢复,也有向更低的地形位扩张的趋势,但灌草地和未利用地在中高地形位受到林地挤压,低地形位受到农业用地、果园挤压,优势地形位明显萎缩;(2)延庆县建设用地扩展受地形位驱动作用明显,主要集中在低地形位区域;农业用地主要分布在较低地形位上,变化不大;果园在经济发展需求驱动下,向更高地形位扩展;林地在较高地形位得到较好恢复,对灌草地、未利用地产生了挤压作用,使得灌草地、未利用地在中高地形位的优势度降低,优势分布区间趋于萎缩。     

榆林地区土地利用/覆被变化区域特征及其驱动机制分析

利用榆林地区1986、1995年土地利用现状图,在地理信息系统支持下建立土地利用变化转移矩阵,结合多年社会统计资料分析榆林地区10多年来的土地利用动态变化特征。研究结果表明：土地利用类型变化幅度大、流转方向较为集中,具体表现为农田总面积下降、耕地质量局部改善,林草覆盖面积增长、其它用地类型面积减少;从区域角度分析,南部黄土丘陵沟壑区耕地面积减少、成熟林地面积增加幅度大与西北部风沙区耕地面积轻微增加、天然草地优势地位增强形成鲜明对比,这种区域特征符合“因地制宜”规律,与“退耕还林还草”政策导向吻合。全区总人口及其区域分布、农民年均收入和农业人口比重为该区土地利用／覆被变化的主要驱动力,同时人们的环境保护意识和相应的土地政策也对该区土地利用／覆被变化产生较大影响。     

黄土丘陵区典型小流域土地利用变化研究——以陕西延安地区大南沟流域为例

利用航片解译和景生态学方法研究了陕北黄土丘陵区大南沟流域在20世纪70年代和90年代的土地利用结构的特点和变化，结果表：从1975年到1999年，梯田，坡耕地，稀疏林地，灌丛面积减少，所占百分比呈下降趋势，而有林地，果园，荒地所占百分比呈上升趋势，梯田，有林地，灌丛和茺地平均斑块面积在增大，而坡耕地，稀疏林地，果园的平均斑块面积在减小，果园和坡耕地分维数在变大，斑块形状趋于复杂化，而有林地，稀疏林地，灌丛，梯田和荒地的斑块分维数在变小，斑块形状趋势规则小，有林地，灌丛，果园，荒地的分离度在下降，稀疏林地，梯田和坡耕地的分离度在上升，说明有林地，罐丛，果园和荒地的地位在上升，而稀疏林地，梯田和坡耕地的地位在下降，全区单位面积的斑块数目的磁大，在一定程度上表明农田中地块之间的边界增多，其结果是导致一些土地资源和浪费和不利于土地管理，景观多样性指数和土地利用相对合理指数在增大，但变化较小，1997年与1975年相比，整体上土利用结构稍有好转，但这种土地利用结构远未达理想状态。     

黄土丘陵沟壑区乔灌草植物空间优化配置——以甘肃省定西地区为例

黄土丘陵沟壑区水土流失的影响因素有气候、植被、土壤、地形等,而乔灌草植物在空间上的不合理配置是造成该区水土流失严重的主要原因之一。本文选择研究区内限制植物生长与分布的4个关键环境因子 (高程、坡度、坡向和降雨量),利用多属性决策分析(MCDA)的方法,探讨乔灌草植物在空间上的优化配置,将整个研究区划分为5类乔灌草植物空间优化配置主模式和18类乔灌草植物空间优化配置子模式;同时,应用GIS聚类分析与统计分析方法,对所划分的乔灌草植物空间优化配置模式进行空间布局分析。结果显示:农民赖以生存的经济林/农林复合配置模式和农田/庭院经济配置模式是研究区的主要配置模式,占配置模式总面积的76.02％。     

农业区非点源污染潜在危险性评价--以于桥水库流域磷流失为例

在农业非点源污染研究中,确定农业非点源污染的关键源区或危险区域是开展有针对性研究和控制农业非点源污染的首要问题之一.本文在地理信息系统的支持下,综合考虑了影响于桥水库流域农业非点源磷流失的源因子和迁移因子,通过建立评价指标体系,计算磷污染危险性指数,对农业非点源磷流失危险性进行定量化评价,识别具有极高危险性或较高危险性的区域为磷流失的关键源区,将其作为控制和管理的优先区域和重点区域.结果表明:流域中磷流失危险性极高和较高的区域即关键源区不到全流域面积的6.0%,危险性中等的地区占到整个流域面积的20.52%;具有高和中等危险性的地区主要分布在流域河流两岸,且具有极高或较高的土壤有效磷含量或化肥磷施用量或高的土壤侵蚀强度,大部分为流域中部丘陵平原区的农田,少部分为地形较陡的山区农田.